一、项目背景
余热锅炉是钢铁企业回收高温烟气余热、实现节能减排的关键设备。某钢铁企业在2026年6月例行检修中发现，其炼钢车间配套的一台烟道式余热锅炉运行参数持续恶化。该锅炉自上次大修后已连续运行约18个月，期间给水虽经过软化处理，但由于补水系统偶有波动，部分时段给水硬度偏高，加上烟气中含有的粉尘与酸性气体对换热面的长期冲刷，换热管束内部与烟气侧均出现了不同程度积垢。厂方反馈近三个月蒸汽产量逐月下滑，天然气补燃量被迫增加，严重影响产线蒸汽供应稳定性和能源成本。
二、设备参数与运行工况
该余热锅炉为立式烟道型自然循环锅炉，利用炼钢转炉高温烟气（入口约850°C）加热汽包内给水产生饱和蒸汽，供给厂区生产用汽管网。结垢前后关键参数如下：
| 参数项目 | 设计值 | 清洗前实测值 |
|---|---|---|
| 蒸发量 (t/h) | 35 | 28 |
| 工作压力 (MPa) | 2.5 | 2.3 |
| 蒸汽温度 (°C) | 400 | 385 |
| 排烟温度 (°C) | 180 | 230 |
| 换热面积 (m²) | 850 | — |
| 给水硬度 (mmol/L) | ≤0.03 | 0.08–0.15 |
三、结垢问题诊断
经停炉后开孔内窥检查及垢样取样分析，确认换热管束内壁附着灰白色至黄褐色硬质垢层，平均厚度3–5mm，局部弯管处超过6mm。垢样化学分析结果显示：
- CaCO₃（碳酸钙）占比约62%，来源于给水硬度成分在高温下析出沉积；
- SiO₂（二氧化硅）及硅酸盐复合物占比约18%，来源于给水中溶解性硅的浓缩沉积；
- 铁氧化物（Fe₂O₃/Fe₃O₄）占比约15%，来源于管壁金属的高温氧化腐蚀产物；
- 其余约5%为硫酸盐及微量油脂类有机物。
结垢导致三个层面的连锁问题：一是传热热阻显著增大，排烟温度从设计值180°C升至230°C，大量热能随烟气排放浪费；二是管径有效流通截面缩小，炉水循环阻力增加，蒸发量下降约20%；三是垢层下金属壁温升高，存在局部过热爆管风险。综合判断，该锅炉已进入必须进行化学清洗的阶段。
四、化学清洗方案
针对垢样以碳酸盐为主、含硅酸盐和铁氧化物的特点，丹阳蓝星清洗团队制定了"酸洗除垢+漂洗+钝化"的三段式循环清洗方案。清洗泵站临时接入锅炉下集箱排污口与汽包上升管口，形成闭合循环回路，确保清洗液在全部换热管束中均匀流动。
4.1 清洗配方
| 组分 | 作用 |
|---|---|
| LX-903 复合清洗剂（氨基磺酸系无氯酸洗剂） | 主清洗剂，溶解碳酸钙垢及部分铁氧化物 |
| 柠檬酸系复合清洗剂 | 辅助清洗剂，络合铁离子、防止二次沉淀 |
| 氟化物系助溶剂 | 助溶剂，促进硅酸盐垢的溶解分散 |
| 专用缓蚀剂 | 酸洗缓蚀剂，保护碳钢基体不受酸液过度腐蚀 |
| 渗透润湿剂 | 渗透润湿，增强清洗液与垢层接触 |
| 磷酸盐系钝化剂 | 钝化剂，清洗后在金属表面形成磷酸铁保护膜 |
4.2 工艺流程
- 水冲洗：用工业水大流量冲洗管路，排除松散沉积物并确认回路畅通，耗时约2小时。
- 碱洗脱脂：以碳酸钠系碱洗剂与渗透润湿剂配制的碱液循环清洗，去除管内壁油性附着物及有机污垢，温度控制60–70°C，循环4小时。
- 酸洗除垢：注入LX-903 复合清洗剂与柠檬酸系复合清洗剂为主的酸洗液，搭配专用缓蚀剂与氟化物系助溶剂，循环温度50–60°C。每30分钟取样检测酸浓度与铁离子浓度，待酸浓度和铁离子趋于稳定后判定终点。主酸洗用时约8小时。
- 水冲洗排酸：酸洗结束后用除盐水冲洗至出水pH≥5，排空废液至中和池处理。
- 漂洗：以稀柠檬酸系复合清洗剂溶液漂洗，进一步去除残留铁离子。
- 钝化：以磷酸盐系钝化剂溶液在80–90°C下循环钝化6小时，使管壁形成致密磷酸铁保护膜，防止返锈。钝化后排液，自然通风干燥。
五、清洗效果对比
清洗完成后，经内窥镜复查确认换热管束内壁垢层已基本清除，金属表面呈现均匀的钝化膜色泽。锅炉重新投运后72小时内连续监测，各项运行参数均已恢复至接近设计值水平，具体对比如下：
| 指标 | 清洗前 | 清洗后 | 变化 |
|---|---|---|---|
| 蒸发量 (t/h) | 28 | 35 | ↑25% |
| 排烟温度 (°C) | 230 | 178 | ↓52°C |
| 蒸汽温度 (°C) | 385 | 398 | ↑13°C |
| 炉管压差 (MPa) | 0.35 | 0.12 | ↓66% |
| 除垢率 (%) | — | 96.8 | 达标 |
| 腐蚀速率 (g/m²·h) | — | 1.8 | 优于标准 |
排烟温度下降52°C意味着大量原本被烟气带走的热量被回收用于产生蒸汽。以全年运行8000小时计，仅此一项即可节省天然气补燃费用数十万元，清洗投资在两个月内即可收回。
六、经验总结
通过本次余热锅炉除垢工程，我们总结出以下几点经验供同类型项目参考：
一是重视水质管理前置。给水硬度是导致碳酸盐垢形成的根本原因，即便有软化水装置，也需定期校验树脂交换容量并及时再生。本次案例中偶发性硬度超标是结垢加速的主要因素，建议增设在线硬度监测仪并设置报警阈值。
二是把握清洗时机。余热锅炉的排烟温度是判断结垢程度的最直观指标。当排烟温度较设计值上升40–50°C或蒸发量下降超过15%时，即应安排除垢清洗，避免垢层过厚导致清洗难度增加和管壁过热风险。带垢运行不仅浪费能源，还会因金属壁温升高加速材料蠕变。
三是定制化配方与工序设计。不同钢铁企业的余热锅炉因给水水质、烟气成分、运行温度的差异，垢样组成差异较大。不能套用统一的酸洗配方，必须在取样分析后针对性设计清洗剂组合。含硅酸盐比例较高的垢层需搭配氟化物系助溶剂，否则硅垢去除不彻底。钝化环节是防腐长效的关键，需严格控制温度和循环时间，确保保护膜完整均匀。
四是废液处置与环保合规。酸洗废液含重金属离子和较高COD，必须经中和、絮凝沉淀、压滤等处理后达标排放。清洗现场的废液收集及处理设施应在工程启动前落实到位，避免因环保问题影响工期。
本文所述清洗工艺及验收指标依据 GB/T 25146-2010《工业设备化学清洗质量验收规范》 执行。
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七、常见问题
Q1：余热锅炉多久需要清洗一次？
余热锅炉清洗周期取决于水质和运行工况，一般建议每12-18个月进行一次化学清洗。当排烟温度较设计值升高30°C以上，或蒸发量下降超过15%时，应立即安排清洗，避免结垢加剧导致爆管风险。
Q2：余热锅炉结垢对生产有什么影响？
结垢会显著降低换热效率，导致排烟温度升高、蒸汽产量下降，增加燃料消耗。严重时可能引发爆管事故，造成非计划停产损失。
Q3：LX-903 复合清洗剂清洗余热锅炉安全吗？
LX-903 复合清洗剂（氨基磺酸系）是较安全的清洗剂，对碳钢腐蚀率低。配合专用缓蚀剂后，腐蚀速率可控制在1g/m²·h以下，远低于 GB/T 25146-2010 表2 现场实测指标（碳钢≤5 g/(m²·h)）。清洗过程需全程监测pH和铁离子浓度。
Q4：化学清洗后需要做哪些后续处理？
清洗后需进行中和、漂洗和钝化处理。用碳酸钠系中和剂溶液中和残留酸液，清水漂洗至pH中性，最后用亚硝酸盐系钝化剂溶液钝化4-6小时，防止金属表面二次氧化。废液需经中和、混凝处理达标后排放。
Q5：高压水射流和化学清洗哪种更适合余热锅炉？
余热锅炉结垢通常是复合垢层，单一方法效果有限。建议采用化学清洗+高压水射流组合工艺：先用LX-903 复合清洗剂化学软化松动垢层，再用150MPa高压水射流逐管物理剥离，除垢率可达95%以上。具体方案需根据垢样分析结果定制。
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